【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子，特别涉及一种定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机。
技术介绍
1、近年来，交通电气化进程不断推进。作为电驱动系统中的重要组成部件，高性能电机得到了极大的关注。定子永磁电机具有电磁效率高、定子结构简单且坚固、散热性能良好等优点，在轨道交通、电动汽车等领域具有优良的应用前景。因此，国内外研究团队对定子永磁电机进行了深入的研究。其中，磁通切换永磁电机使用切向充磁的辐条式定子永磁体结构，使得定子励磁磁场产生聚磁性效果。因此，磁通切换永磁电机具有高转矩密度、低转矩脉动等优点。
2、现有技术的磁通切换永磁电机在定子齿上安置辐条式永磁体用于励磁。电机主磁路的所经过的定子铁心截面积小，部分定子铁心没有磁路经过，导致了铁心的低利用率。这也进一步导致了在永磁体用量较多或电枢电流较大时，定子铁心易出现饱和，使得永磁体的利用率下降，影响电机额定转矩的提升与其高电枢电流情况下的过载能力。此外，由于定子铁心磁钢槽的形状限制，永磁体磁钢的用量增加会导致定子槽面积减小，引起铜耗的上升，造成电机效率的下降。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，通过构建一种新型永磁体阵列，使得定子励磁磁场的高次谐波得到了大幅增强，进而提高了经转子调制效果所得到的气隙磁密工作谐波幅值，十分有效地提高了磁通切换永磁电机的转矩密度、功率密度及电磁效率。
2、为解决上述技术问题，本专利技术创新性地提出了一种定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁
3、进一步的，每个切向充磁永磁体嵌设于定子的磁钢槽内，且相邻主齿上的切向充磁永磁体的充磁方向相反。
4、进一步的，分别位于同一副齿两侧与主齿之间的槽口的两个第一充磁永磁体，以及位于裂齿槽内的第二充磁永磁体的充磁方向相同；位于相邻副齿位置上的径向充磁永磁体的充磁方向相反。
5、进一步的，切向充磁永磁体和/或径向充磁永磁体的材料为铁氧体或者稀土永磁体磁钢。
6、进一步的，电枢绕组采用单层分数槽集中绕组结构，电枢绕组包括若干相绕组，每一相所述绕组包括多个依次连接的线圈；其中，同一相所述绕组的线圈以径向相对的方式绕制在嵌有切向充磁永磁体的所述定子的主齿上。
7、进一步的，同一相绕组的线圈采用串联或并联的方式连接。
8、进一步的，电枢绕组包括a相绕组、b相绕组和c相绕组；沿逆时针方向以a相绕组、b相绕组、c相绕组的循环顺序绕制线圈；或者，沿顺时针方向以a相绕组、c相绕组、b相绕组的循环顺序绕制线圈。
9、进一步的，转子和/或定子为凸极结构；转子为直槽结构转子或斜槽结构转子。
10、进一步的，磁通切换永磁电机为径向磁通式内转子结构，转子设置于所述定子的内部；或着，所述磁通切换永磁电机为外转子结构，定子设置于转子的内部；或者，磁通切换永磁电机为双转子结构，定子夹设在两个转子之间；或者，磁通切换永磁电机为双定子结构，转子夹设在两个定子之间。
11、进一步的，转子和定子均由导磁材料叠压而成；或者，转子和定子均由导磁材料整体加工而成。
12、本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
13、1)铁心利用率提高：本专利技术所提出的电机显著提高了磁通切换永磁电机的铁心利用率。本专利技术中的电机使用两组永磁体结构，分别为：一组辐条式切向充磁永磁体和一组阵列式径向充磁永磁体。辐条式切向充磁永磁体和阵列式径向充磁永磁体的主磁路在同一时刻经过定子铁心的不同位置，增加了定子的有效使用面积。同时，两组永磁体的磁路在定子轭部和副齿上方向相反，缓解了定子铁心的饱和程度。因此，电机的铁心利用率得到了大幅调高。
14、2)永磁体利用率提高：本专利技术所提出的电机增加了一组阵列式径向充磁的永磁体，这组永磁体能够有效地降低定子铁心的局部磁通密度，防止铁心饱和现象。同时，定子励磁磁场高次谐波的幅值得到了提高，进而增加了电机运行中气隙磁通密度主要工作谐波的幅值，增强了电机的转矩输出能力。因此，即使在较大永磁体用量的情况下，依然可以维持永磁体的高利用率，永磁体利用率低的问题得到了极大缓解。
15、3)转矩密度及功率密度提高：本专利技术的磁通切换永磁电机通过在定子上增加了一组阵列式径向充磁的永磁体，定子励磁磁场的高次谐波幅值得到了大幅提高，进而在凸极转子的调制作用下产生了显著增强的气隙磁通密度主要工作谐波，增加了电机所产生的相绕组磁链及反电动势。同时，径向充磁的永磁体的加入有效缓解了铁心的饱和现象，提高了此类电机的过载性能。本专利技术所公开的磁通切换永磁电机的转矩密度和功率密度也得到了显著提升，增强了此类电机在低转速大转矩直接驱动系统中的应用前景。
16、4)效率提高：本专利技术所提出的电机相较于现有技术的磁通切换电机，显著提高了其所产生的输出转矩。转矩的提高使电机的输出功率得到了相应的增幅。因此，即使在加入的一组阵列式径向充磁永磁体占用了少部分定子槽面积导致铜耗略有增加的情况下，该电机的电磁效率仍得到有效提升。所以，本专利技术所提出的电机具有更加的能源使用率，对节能减排具有很大意义。
17、5)成本降低：当下，稀土永磁体的价格高昂，永磁体材料的用量很大程度上影响着电机的生产成本。本专利技术所提出的电机具有更高的永磁体使用率，可以产生更高的转矩密度。这意味着，在相同的性能需求下，本专利技术所提出的电机相较于现有技术的磁通切换永磁电机可以有效减少永磁体的使用量。因此，本专利技术所提出的电机可以有效降低磁通切换永磁电机的材料成本，提高其经济性。
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1.一种定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述磁通切换永磁电机包括：转子(1)、定子(2)，以及设置在所述定子(2)上的一组切向充磁永磁体(3)、一组径向充磁永磁体(4)和电枢绕组(5)；
2.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，每个所述切向充磁永磁体(3)嵌设于所述定子(2)的磁钢槽内，且相邻主齿上的所述切向充磁永磁体(3)的充磁方向相反。
3.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，分别位于同一副齿两侧与主齿之间的槽口的两个第一充磁永磁体，以及位于所述裂齿槽内的第二充磁永磁体的充磁方向相同；位于相邻副齿位置上的径向充磁永磁体(4)的充磁方向相反。
4.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述切向充磁永磁体(3)和/或径向充磁永磁体(4)的材料为铁氧体或者稀土永磁体磁钢。
5.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(5)采用单层分数槽集中绕组结构，所述电
6.如权利要求5所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，同一相所述绕组的线圈采用串联或并联的方式连接。
7.如权利要求5所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(5)包括A相绕组、B相绕组和C相绕组；
8.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述转子(1)和/或所述定子(2)为凸极结构；
9.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述磁通切换永磁电机为径向磁通式内转子结构，所述转子(1)设置于所述定子(2)的内部；
10.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述转子(1)和所述定子(2)均由导磁材料叠压而成；
...【技术特征摘要】
1.一种定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述磁通切换永磁电机包括：转子(1)、定子(2)，以及设置在所述定子(2)上的一组切向充磁永磁体(3)、一组径向充磁永磁体(4)和电枢绕组(5)；
2.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，每个所述切向充磁永磁体(3)嵌设于所述定子(2)的磁钢槽内，且相邻主齿上的所述切向充磁永磁体(3)的充磁方向相反。
3.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，分别位于同一副齿两侧与主齿之间的槽口的两个第一充磁永磁体，以及位于所述裂齿槽内的第二充磁永磁体的充磁方向相同；位于相邻副齿位置上的径向充磁永磁体(4)的充磁方向相反。
4.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次谐波增强型磁通切换永磁电机，其特征在于，所述切向充磁永磁体(3)和/或径向充磁永磁体(4)的材料为铁氧体或者稀土永磁体磁钢。
5.如权利要求1所述的定子励磁磁场高次...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕言鼎，傅为农，牛双霞，黄佳慧，
申请(专利权)人：深圳理工大学筹，
类型：发明
国别省市：
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